自己动手写SIP协议栈.pdf-资料库

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1 自己动手写 SIP 协议栈 Author：张梦晗 E_mail：enyaxp@student.dlut.edu.cn 2006 年 9 月 13 日

前言本文由作者的本科毕设论文改写而成。由于时间仓促及作者水平所限，本文中的 SIP 协议栈尚不能实用，仅供初学 SIP 协议的朋友们入个门而已。不足之处还请多多包涵。 2

摘要 ............................................ Ⅰ Abstract ........................................... Ⅱ 致谢 .............................................. 5 第一章绪论 ....................................... 5 1.1 SIP协议简介........................................................................ 5 1.2 论文各章内容.................................................................... 5 第二章 SIP协议基本介绍........................... 7 2.1 SIP系统基本组成................................................................ 7 2.2 SIP消息描述........................................................................ 7 2.2.1 起始行（start-line） .................................................. 8 2.2.2 消息头（message-header）..................................... 10 2.3 SIP基本会话过程...............................................................11 第三章 SIP协议栈ZmhSipStack的实现............. 14 3.1 协议栈工作原理................................................................ 14 3.2 协议栈处理器的实现........................................................ 16 3.2.1 传输层模块............................................................. 17 3.2.2 文本解析器............................................................. 18 3.2.3 文本生成器............................................................. 23 3.2.4 数据处理器............................................................. 24 3.2.5 SIP状态机............................................................... 26 第四章基于ZmhSipStack的应用程序编写 ......... 30 4.1 基于ZmhSipStack的应用程序开发.................................. 30 4.2 用户代理程序SipUA的实现.............................................. 31 4.2.1 RTP模块................................................................... 32 4.2.2 编解码器模块........................................................... 32 3

4.2.3 音视频采集与输出模块......................................... 33 4.2.4 用户对话框设计以及程序运行效果..................... 34 4.3 无状态服务器程序SipProxyServer的实现.................... 36 第五章 ZmhSipStack在嵌入式环境下的应用 ........ 38 5.1 ARM/μCOS-Ⅱ嵌入式开发环境介绍................................ 38 5.2 ZmhSipStack的嵌入式移植.............................................. 39 5.3 基于ZmhSipStack的嵌入式应用程序构建...................... 40 5.3.1 ArmSipUA构建......................................................... 41 5.3.2 ArmSipProxy构建................................................... 42 第六章局域网内的SIP通信实验 .................... 43 6.1 实验条件介绍..................................................................... 43 6.2 实验步骤说明.................................................................... 43 结论 ........................................... 46 参考文献 ........................................... 47 4

第一章绪论 1.1 SIP 协议简介 SIP（Session Initiation Protocal）称为会话初始化协议，是由 IETF（Internet Engineering Task Force）组织于 1999 年提出的一个基于 IP 网络中实现实时通信应用的一种信令协议。作为一个由 IETF 提出的标准，SIP 协议很大程度上借鉴了其他各种广泛存在的 Internet 协议，采用基于文本的编码方式，这也是 SIP 协议同下一代网络视音频通信领域其他现有标准相比最大的特点之一。和原有的多媒体会话协议（如 H.323）相比，SIP 具有以下优点：可与 Voice XML、JSP、J2ME 等结合，快速开发增值业务；支持多媒体应用，如语音、视频、图像、音频、文字、数据等业务；可将语音、视频、Presence、短消息、Web 浏览、定位信息、Push、文件共享等业务结合起来，在语音、数据业务结合和互通方面有天然优势；业务网络和承载网络分离，两者可独立发展；业务网络可以融合现有的固网和移动网业务；协议简单，具有公认的扩展潜力。基于以上优势，SIP 协议被广泛应用于下一代网络的业务开发当中。而在现代软交换网络和未来移动网络中，SIP 协议更是将作为各个功能单元之间互通的基础协议，因此，有人也称 SIP 协议为下一代网络中的“TCP/IP”协议（图 1.1）。 1.2 论文各章内容本论文的各章内容如下： ⑴ 本文第二章介绍 SIP 协议的基本原理、格式和与其他辅 5

助协议的结合，然后介绍 SIP 系统的工作原理和基本会话过程； (a) VoIP 软件 (b) 可视电话终端 (c) 多媒体网关 (d) 3G 手机图 1.1 基于 SIP 协议的通信应用 ⑵ 第三章介绍 SIP 系统的核心—SIP 协议栈的编写：首先进行方案论证，然后分析协议栈的工作原理和需要实现的机能，紧接着介绍自主开发的 SIP 协议栈 ZmhSipStack 的软件架构、结构体定义和各具体功能函数； ⑶ 第四章介绍了基于此协议栈编写的应用于 PC 机的用户代理程序 SipUA 和服务器程序 SipProxyServer，并对实现程序各功能的函数进行解释，最后展示程序运行效果； ⑷ 第五章中介绍了如何将 SIP 协议栈 ZmhSipStack 移植到嵌入式 ARM/μCOS-Ⅱ 环境下，并介绍了基于此协议栈编写的应用于嵌入式 ARM 平台的用户代理程序和服务器程序； ⑸ 第六章应用用户代理和服务器程序在 PC 机和 ARM 平台之间进行 SIP 协议会话实验，并给出实验结果。 6

第二章 SIP 协议基本介绍本章主要介绍了 SIP 系统的基本组成和 SIP 协议的消息格式，并介绍了 SIP 系统的四种基本会话过程。 2.1 SIP 系统基本组成 SIP系统在RFC3261中有详细的定义。为了描述问题方便， RFC3261定义了几种逻辑功能实体，协议对每种实体的功能和行为都进行了详尽描述。实际应用中，一个物理实体可能集成了多个逻辑功能。在RFC3261看来，SIP系统可按逻辑功能分为4种元素：User Agent（用户代理），Proxy（代理服务器），Redirect Sever（重定向服务器），Registrar（注册服务器）。图 2.1描述了一个完备SIP系统的网络结构。从中我们可以发现用户代理、注册服务器、代理服务器都在同一个网域中，而重定向服务器可以在这个网域中，也可以在另一个网域中。SIP系统的会话过程请参看本章2.4节。图 2.1 SIP 系统的网络结构 2.2 SIP消息描述 SIP协议是基于文本的通信信令协议。SIP消息以文本形式表示消息的语法、语义和编码，因此相对于二进制的信令，SIP消息 7

显得简单、易懂。 SIP消息有两种：客户端到服务器的请求消息和服务器到客户端的响应消息。SIP消息由一个起始行（start-line）、一个或多个字段（field）组成的消息头、一个标志消息头结束的空行（CRLF）以及作为可选项的消息体（message body）组成。其中描述消息体的头称为实体头（entity header），其格式如下： generic-message = start-line *message-header CRLF [message-body] 下面分别对起始行、消息头及消息体一一进行解释。 2.2.1 起始行（start-line）起始行分请求行（Request-Line）和状态行（Status-Line）两种，其中请求行是请求消息的起始行，状态行是响应消息的起始行。 1．请求行（Request-Line）请求行已方法（method）标记开始，后面是统一定位标示符（URI）和协议版本号（SIP-Version），最后以回车换行符结束，各个元素间用空格键字符间隔。 Request-Line = Method SP Request-URI SP SIP-Version CRLF 方法标记“Method ”来对说明部分进行描述。SIP 协议在 RFC3261中一共定义了六种方法。具体定义如下： INVITE：用于邀请用户或服务参加一个会话。INVITE 消息中必须包含主叫方和被叫方的信息和双方交换的多媒体信息流类型。除了能够用用于启动双方通信会话外，还具有启动多方会议的能力； ACK：用于客户机向服务器证实它已经收到了对INVITE 请求的最终响应。ACK消息中的主叫、被叫信息是由前 8

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